WO2011024935A1 - 永久磁石型同期電動機の異常検出装置 - Google Patents
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- a permanent magnet type synchronous motor As a motor for an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, a permanent magnet type synchronous motor having a high torque density and being relatively easy to reduce in size and output is often used.
- Permanent magnet type synchronous motors used as electric motors for electric vehicles tend to increase in heat generation density and tend to rise in temperature by being downsized while maintaining output. Since the permanent magnet type synchronous motor causes irreversible demagnetization when the temperature of the permanent magnet exceeds a predetermined temperature and the output is greatly reduced, it is required to monitor the temperature of the permanent magnet in order to avoid this.
- the permanent magnet is installed on the rotor side, and it is difficult to directly measure the temperature with a temperature sensor. Therefore, a method for estimating the temperature of the permanent magnet from other information has been studied.
- An abnormality detection device for a permanent magnet type synchronous motor includes a plurality of permanent magnet type synchronous motors, a current command value calculation unit that calculates current command values for the plurality of permanent magnet type synchronous motors, A q-axis voltage command value calculation unit for calculating q-axis voltage command values for the plurality of permanent magnet synchronous motors based on the current command values respectively calculated by the current command value calculation unit, and the q-axis voltage command Of the q-axis voltage command values for the plurality of permanent magnet type synchronous motors calculated by the value calculation unit, the q-axis voltage command value for one permanent magnet type synchronous motor and any one other permanent magnet type synchronous motor
- a magnet temperature abnormality determination unit that determines whether or not a magnet temperature abnormality has occurred in at least one of the permanent magnet type synchronous motors using a difference from a q-axis voltage command value for Characterized in that it comprises a.
- the above process is performed by the magnet temperature abnormality detection unit 30 provided in the microcomputer 5.
- a flowchart of the process performed by the magnet temperature abnormality detection unit 30 is shown in FIG.
- the abnormality detection process shown in the flowchart of FIG. 4 is performed as an interruption process of the microcomputer 5 at predetermined intervals (for example, every second).
- the corresponding rotor rotational speed ⁇ e that is, ⁇ el and ⁇ er
- the corresponding winding currents Id and Iq ie, Idl and Idr, Iql and Iqr
- the corresponding winding inductances Ld and Lq ie, Ldl and Ldr, Lql and Lqr
- Step S209 That is, first, in step S209, it is determined whether or not the current command values Idl * and Iql * corresponding to the first motor 1 and the current command values Idr * and Iqr * corresponding to the second motor 2 are equal.
- the battery 4 is detected by detecting the temperature abnormality of the permanent magnets of the motors 1 and 2 using the q-axis voltage ratio Vqr / Vql of both the motors 1 and 2.
- the influence of the detection error of the direct current voltage Vdc can be canceled. That is, the PWM waveform generated by the first PWM control unit 16 and the second PWM control unit 26 determines the modulation rate based on the ratio of the voltage command value to the DC voltage Vdc of the battery 4. For this reason, if a detection error is added to the DC voltage Vdc of the battery 4, the voltage command value for obtaining the same modulation factor is changed.
- the linkage flux values ⁇ ml and ⁇ mr themselves are calculated from the linkage flux difference ⁇ ml ⁇ mr of both motors 1 and 2 and the linkage flux ratio ⁇ mr / ⁇ ml, and the calculated linkage flux values ⁇ ml and ⁇ mr are calculated. Is input to the current command converter 6. Then, the current command conversion unit 6 determines the current command value based on the torque command value ⁇ * and the flux linkage values ⁇ ml and ⁇ mr, thereby enabling torque output that accurately follows the torque command value ⁇ *. It becomes.
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Abstract
Description
図1は、本発明を適用した電動車両の駆動制御システム100を示す構成図である。この駆動制御システム100は、電動車両の左右二輪を独立して駆動するための2つの永久磁石型同期電動機1,2と、これら2つの永久磁石型同期電動機1,2を駆動制御するインバータ装置3と、電力供給源となるバッテリ4とを備える。
ただし、ωelは第1電動機1の回転子回転速度(電気角)、Ldlは第1電動機1のd軸インダクタンス、Idlは第1電動機1のd軸電流、Rlは第1電動機1の巻線抵抗、Lqlは第1電動機1のq軸インダクタンス、Iqlは第1電動機1のq軸電流、Φmlは第1電動機1の鎖交磁束、pは微分演算子(p=d/dt)である。
ただし、ωerは第2電動機2の回転子回転速度(電気角)、Ldrは第2電動機2のd軸インダクタンス、Idrは第2電動機2のd軸電流、Rrは第2電動機2の巻線抵抗、Lqrは第2電動機2のq軸インダクタンス、Iqrは第2電動機2のq軸電流、Φmrは第2電動機2の鎖交磁束、pは微分演算子(p=d/dt)である。
この式(3)のうち、巻線抵抗Rl,Rrは両電動機1,2の巻線温度にそれぞれ依存して変化するが、第1モータ1の巻線温度Tclは温度センサ13により検出され、第2モータ2の巻線温度Tcrは温度センサ23により検出されているので、これら温度センサ13,23の検出値(巻線温度Tcl,Tcr)から巻線抵抗Rr,Rlを推定することが可能である。また、第1モータ1への供給電流は電流センサ14により検出され、回転子回転速度Wlは速度センサ12により検出されているので、これら電流センサ14の検出値(第1モータ1への供給電流)と速度センサ12の検出値(回転子回転速度Wl)とから、q軸電流Iqlと回転子回転速度(電気角)ωelについても検知可能である。したがって、第1電動機1のq軸電圧Vqlと第2電動機2のq軸電圧Vqrとの差分Vql-Vqrから、上記式(3)の右辺第2項のΦml-Φmr、つまり両電動機1,2の鎖交磁束の差を求めることができる。なお、第1電動機1のq軸電圧Vqlと第2電動機2のq軸電圧Vqrとの差分Vql-Vqrは、第1ベクトル制御部15の電流制御部18にて算出されるq軸電圧指令値Vql*と、第2ベクトル制御部25の電流制御部28にて算出されるq軸電圧指令値Vqr*との差分Vql*-Vqr*をとればよい。
図4のフローがスタートすると、磁石温度異常検出部30は、まずステップS101において、第1電動機1に対応する電流指令値Idl*,Iql*と第2電動機2に対応する電流指令値Idr*,Iqr*がそれぞれ等しいか否かを判定する。
そして、両電動機1,2に対応する電流指令値(即ち、Idl*とIdr*、Iql*とIqr*)がそれぞれ等しければ、次のステップS102において、第1電動機1の回転子回転速度Wlと第2電動機2の回転子回転速度Wrが等しいか否かを判定する。
両電動機1,2の回転子回転速度Wl,Wrが等しければ、次に、ステップS103において、第1電動機1に対応するq軸電圧指令値Vql*と第2電動機2に対応するq軸電圧指令値Vqr*との差分Vql*-Vqr*をもとに、両電動機1,2の鎖交磁束の差Φml-Φmrを求める。
そして、ステップS104において、前回の処理周期までに求めた過去の磁束差と今回の処理周期で求めた磁束差とから、磁束差の変化率d(|Φml-Φmr|)/dtを求める。
そして、ステップS105において、ステップS104で求めた磁束差の変化率d(|Φml-Φmr|)/dtの値が予め設定した所定閾値Sh1を越えるか否かを判定する。なお、第1電動機1及び第2電動機2の永久磁石の磁石温度と磁束差の変化率d(|Φml-Φmr|)/dtとの関係は、両電動機1,2の性能等に応じて決まるものであるため、実機を用いた実験等を事前に行って、所定閾値Sh1として最適な値を求めておけばよい。
このステップS105の判定の結果、磁束差の変化率d(|Φml-Φmr|)/dtが所定閾値Sh1を越えると判断した場合には、ステップS106において、第1電動機1と第2電動機2のうち少なくともいずれかの永久磁石に温度異常が発生していると判断し、例えばトルク指令値τ*を下方修正する等、永久磁石が不可逆減磁とならないための処理を行う。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本第2実施形態は、第1実施形態と同様にインバータ装置3が内蔵するマイコン5の一機能として本発明の異常検出装置が実現されており、制御構成は図1に示した第1実施形態と同様であるが、マイコン5に設けた磁石温度異常検出部30での処理が第1実施形態とは若干異なっている。すなわち、第1実施形態では、第1電動機1のq軸電圧Vqlと第2電動機2のq軸電圧Vqrとの差分Vql-Vqrを用いて磁石温度の異常を検出するようにしていたが、本第2実施形態では、両電動機1,2のq軸電圧の差分Vql-Vqrに加えてq軸電圧の比Vqr/Vqlも演算し、q軸電圧の差分Vql-Vqrとq軸電圧の比Vqr/Vqlの双方を用いて電動機1,2の永久磁石の温度異常を検出するようにしている。以下では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
ここで、両電動機1,2の巻線電流Id,Iq(Idl,Iql;Idr,Iqr)がともに0という条件の下では、式(4)は下記の式(5)のように簡略化することができる。
ここで、第1電動機1の永久磁石のみが温度上昇した場合には、第1電動機1の鎖交磁束Φmlが減少するため上記式(5)の分母が小さくなり、上記式(5)の値は1よりも大きくなる。一方、第2電動機2の永久磁石のみが温度上昇した場合には、第2電動機2の鎖交磁束Φmrが減少するため上記式(5)の分子が小さくなり、上記式(5)の値は1よりも小さくなる。したがって、上記式(5)の値が1よりも大きいか小さいかで、電動機1,2のうちのどちらの永久磁石の温度が高いかが分かり、第1電動機1の永久磁石の温度が高い場合は、式(5)の値が所定閾値よりも大きければ第1電動機1の永久磁石に温度異常が発生していると判断でき、第2電動機2の永久磁石の温度が高い場合は、式(5)の値が所定閾値を下回れば第2電動機2の永久磁石に温度異常が発生していると判断できる。
図5のフローがスタートすると、磁石温度異常検出部30は、まずステップS201において、第1電動機1に対応するq軸電圧指令値Vql*と第2電動機2に対応するq軸電圧指令値Vqr*との双方が下限値Vq_L以上となっているか否かを判定する。そして、q軸電圧指令値Vql*,Vqr*の双方が下限値Vq_L以上であればステップS202に進み、少なくともいずれか一方が下限値Vq_L未満であればステップS209に進む。
ステップS202では、第1電動機1に対応する電流指令値Idl*,Iql*と第2電動機2に対応する電流指令値Idr*,Iqr*がともに0となっているか否かを判定する。
そして、両電動機1,2に対する電流指令値(Idl*,Iql*;Idr*,Iqr*)がともに0となっていれば、次のステップS203において、第1電動機1に対応するq軸電圧指令値Vql*と第2電動機2に対応するq軸電圧指令値Vqr*とから、両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlを算出する。
次に、ステップS204において、ステップS203で算出した両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlの値が1よりも大きいか否かを判定する。
そして、両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlの値が1よりも大きい場合は、ステップS205において、ステップS203で算出した両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlの値が予め定めた所定閾値Sh5を越えるか否かを判定する。
そして、両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlの値が閾値Sh5を越える場合は、ステップS206において、第1電動機1の永久磁石に温度異常が発生していると判断して、例えばトルク指令値τ*を下方修正する等、永久磁石が不可逆減磁とならないための処理を行う。
一方、両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlの値が1よりも小さい場合は、ステップS207において、ステップS203で算出した両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlの値が予め定めた所定閾値Sh6未満となっているか否かを判定する。
両電動機1,2のq軸電圧の比Vqr/Vqlの値が閾値Sh6未満となっている場合は、ステップS208において、第2電動機2の永久磁石に温度異常が発生していると判断して、例えばトルク指令値τ*を下方修正する等、永久磁石が不可逆減磁とならないための処理を行う。
すなわち、まずステップS209において、第1電動機1に対応する電流指令値Idl*,Iql*と第2電動機2に対応する電流指令値Idr*,Iqr*がそれぞれ等しいか否かを判定する。
そして、両電動機1,2に対応する電流指令値(即ち、Idl*とIdr*、Iql*とIqr*)がそれぞれ等しければ、次のステップS210において、第1電動機1の回転子回転速度Wlと第2電動機2の回転子回転速度Wrが等しいか否かを判定する。
両電動機1,2の回転子回転速度Wl,Wrが等しければ、次に、ステップS211において、第1電動機1に対応するq軸電圧指令値Vql*と第2電動機2に対応するq軸電圧指令値Vqr*との差分Vql*-Vqr*をもとに、両電動機1,2の鎖交磁束の差Φml-Φmrを求める。
そして、ステップS212において、前回の処理周期までに求めた過去の磁束差と今回の処理周期で求めた磁束差とから、磁束差の変化率d(|Φml-Φmr|)/dtを求める。
そして、ステップS213において、ステップS212で求めた磁束差の変化率d(|Φml-Φmr|)/dtの値が予め設定した所定閾値Sh1を越えるか否かを判定する。
そして、ステップS213の判定の結果、磁束差の変化率d(|Φml-Φmr|)/dtが所定閾値Sh1を越えると判断した場合には、ステップS214において、第1電動機1と第2電動機2のうち少なくともいずれかの永久磁石に温度異常が発生していると判断し、例えばトルク指令値τ*を下方修正する等、永久磁石が不可逆減磁とならないための対応を実施する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本第3実施形態は、上述した第2実施形態と同様の手法により電動機1,2の永久磁石の温度異常を検出することを前提とし、両電動機1,2の巻線電流Id,Iq(Idl,Iql;Idr,Iqr)がともに0となるタイミングを積極的に設けることにより、q軸電圧の比Vqr/Vqlを用いた判定を可能とするシーンを増加させるようにしたものである。以下では、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
Claims (15)
- 複数の永久磁石型同期電動機と、
前記複数の永久磁石型同期電動機に対する電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
前記電流指令値算出部により各々算出された前記電流指令値に基づいて、前記複数の永久磁石型同期電動機に対するq軸電圧指令値を各々算出するq軸電圧指令値算出部と、
前記q軸電圧指令値算出部により算出された前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、1つの永久磁石型同期電動機に対するq軸電圧指令値と他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対するq軸電圧指令値との差分を用いて、前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに磁石温度の異常が生じているか否かを判定する磁石温度異常判定部と、
を備えることを特徴とする永久磁石型同期電動機の異常検出装置。 - 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との前記差分が予め設定した所定閾値を越える場合に、前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに前記磁石温度の前記異常が生じていると判定することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との前記差分の時間変化の変化率を算出し、前記変化率が予め設定した所定閾値を越える場合に、前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに前記磁石温度の前記異常が生じていると判定することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機において、対応する回転子回転速度と対応する巻線電流と対応する巻線インダクタンスとがそれぞれ略等しいときに、前記磁石温度の前記異常の判定を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との前記差分と、前記永久磁石型同期電動機の回転子回転速度と、前記永久磁石型同期電動機の巻線電流とを用いて、前記永久磁石型同期電動機の鎖交磁束の差分を算出し、前記鎖交磁束の前記差分が予め設定した所定閾値を越える場合に、前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに前記磁石温度の前記異常が生じていると判定することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との前記差分と、前記永久磁石型同期電動機の回転子回転速度と、前記永久磁石型同期電動機の巻線電流とを用いて、前記永久磁石型同期電動機の鎖交磁束の差分を算出するとともに、前記鎖交磁束の前記差分の時間変化の変化率を算出し、前記変化率が所定閾値を越える場合に、前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに前記磁石温度の前記異常が生じていると判定することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機において、対応する前記回転子回転速度と対応する前記巻線電流と対応する巻線インダクタンスとがそれぞれ略等しいときに、前記磁石温度の前記異常の判定を行うことを特徴とする請求項5又は6に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- d軸電流及びq軸電流と巻線インダクタンスとの関係を示すマップを記憶した記憶部をさらに備え、
前記磁石温度異常判定部は、前記電流指令値算出部により算出された前記電流指令値と前記記憶部に記憶されたマップとから前記複数の永久磁石型同期電動機の巻線インダクタンスを算出し、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との前記差分と、前記永久磁石型同期電動機の前記回転子回転速度と、前記永久磁石型同期電動機の前記巻線電流と、前記永久磁石型同期電動機の前記巻線インダクタンスとを用いて、前記永久磁石型同期電動機の前記鎖交磁束の前記差分を算出することを特徴とする請求項5又は6に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。 - 前記磁石温度異常判定部は、前記q軸電圧指令値算出部により算出された前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との前記差分と比を用いて、前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに前記磁石温度の前記異常が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値の全てが予め設定した所定下限値以上の場合は、前記q軸電圧指令値算出部により算出された前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との比を用いて前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに前記磁石温度の前記異常が生じているか否かを判定し、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値の少なくともいずれかが前記下限値未満の場合は、前記q軸電圧指令値算出部により算出された前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、前記1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値と前記他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値との前記差分を用いて前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに前記磁石温度の前記異常が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項9に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記磁石温度異常判定部は、前記複数の永久磁石型同期電動機の巻線電流がともにゼロとなるタイミングで、前記q軸電圧指令値の前記比を用いた前記磁石温度の前記異常の判定を行うことを特徴とする請求項9に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記電流指令値算出部は、前記複数の永久磁石型同期電動機が出力するトルクの時間平均値をトルク指令値に追従させつつ前記複数の永久磁石型同期電動機の前記巻線電流がともにゼロとなる前記タイミングが形成されるように、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記電流指令値を算出することを特徴とする請求項11に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。
- 前記q軸電圧指令値算出部により算出された前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値の前記差分と前記比とに基づいて、前記各永久磁石型同期電動機それぞれの鎖交磁束の値を算出する鎖交磁束算出部をさらに備え、
前記電流指令値算出部は、前記複数の永久磁石型同期電動機に対するトルク指令値と、前記複数の永久磁石型同期電動機の前記鎖交磁束の前記値とに基づいて、前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記電流指令値を算出することを特徴とする請求項9乃至12のいずれか一項に記載の永久磁石型同期電動機の異常検出装置。 - 複数の永久磁石型同期電動機に対する電流指令値を算出する作動と、
電流指令値算出作動により各々算出された前記電流指令値に基づいて、前記複数の永久磁石型同期電動機に対するq軸電圧指令値を各々算出する作動と、
前記q軸電圧指令値算出作動により算出された前記複数の永久磁石型同期電動機に対する前記q軸電圧指令値のうち、1つの永久磁石型同期電動機に対するq軸電圧指令値と他のいずれか1つの永久磁石型同期電動機に対するq軸電圧指令値との差分を用いて、前記永久磁石型同期電動機の少なくともいずれかに磁石温度の異常が生じているか否かを判定する作動と、
を備えることを特徴とする永久磁石型同期電動機の異常検出方法。 - 複数の永久磁石型同期電動手段と、
前記複数の永久磁石型同期電動手段に対する電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、
前記電流指令値算出手段により各々算出された前記電流指令値に基づいて、前記複数の永久磁石型同期電動手段に対するq軸電圧指令値を各々算出するq軸電圧指令値算出手段と、
前記q軸電圧指令値算出手段により算出された前記複数の永久磁石型同期電動手段に対する前記q軸電圧指令値のうち、1つの永久磁石型同期電動手段に対するq軸電圧指令値と他のいずれか1つの永久磁石型同期電動手段に対するq軸電圧指令値との差分を用いて、前記永久磁石型同期電動手段の少なくともいずれかに磁石温度の異常が生じているか否かを判定する磁石温度異常判定手段と、
を備えることを特徴とする永久磁石型同期電動手段の異常検出手段。
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